CN105332746B - 一种多功能储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能储能系统，主要包括二氧化碳循环存储系统，地下盐水循环存储系统，热存储系统和冷存储系统。本发明在储能阶段利用富余电力完成二氧化碳的地下存储、地下盐水的存储、热能的存储和地热能的吸收，在释能阶段利用二氧化碳为工质实现冷、热、电的多方式供应。该系统可利用可再生能源为电力来源，实现二氧化碳、地下盐水的封闭式循环利用，同时有效利用地热能资源，在运行过程中无污染物排放，具有良好的经济效益和节能环保效益。

Description

一种多功能储能系统

技术领域

本发明涉及分布式供能和储能技术领域，具体的说，是一种以二氧化碳为主要工质，通过二氧化碳地下存储与地热能利用，实现电、热、冷联供的多功能储能系统。

背景技术

工业革命以来，由于大量二氧化碳排放至大气，全球气候出现了以变暖为主要特征的显著变化。气候变暖直接影响到全球生态环境，对人类的生存和发展带来巨大挑战。目前，在针对二氧化碳排放问题上，二氧化碳捕捉和封存(Carbon dioxide Capture and Storage，简称CCS)技术成为减少二氧化碳向大气的排放的重要手段之一，该技术可将二氧化碳捕获并压缩注入到地下(如地下沉积层，废弃的油田，不可开采的煤炭层等)或海洋深处，利用地质结构实现二氧化碳的永久封存。

近些年，由于国内外不少学者认识到二氧化碳捕捉和封存费用昂贵且收益甚微，而二氧化碳本身具有良好的物理与化学特性但难以得到有效利用。因此，除了二氧化碳捕捉和封存之外，与二氧化碳利用相关的问题也逐渐成为新的研究热点。其中，有学者提出一种利用二氧化碳获取地热能的强化地热系统(Enhanced Geothermal Systems，简称EGS)，该系统既可以实现二氧化碳封存，又可以利用二氧化碳获取地热能加以利用。在该系统中，二氧化碳经过升压注入地下，部分二氧化碳会存储于地下，而另外一部分二氧化碳在地下吸收地热能之后温度升高，随后再通过泵等设备抽至地面。一般而言，经过地热能加热的二氧化碳温度可以达到200℃左右，可用于直接发电或者供热。

虽然强化地热系统利用二氧化碳获取地热能能够带来一定的经济效益，从而降低二氧化碳捕捉和封存技术的高额成本，但面对用户端复杂的能量(冷、热、电)需求与变化，该系统供能模式单一，尚无法较好地应对，难以实现能量供应与用户需求之间的合理匹配。因此为了提高二氧化碳的利用效益，本发明从能量存储角度出发，以二氧化碳为主要工质提出一种多功能供能系统，以高效应对用户端复杂的能量需求与变化问题。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种可实现电、热、冷联供的多功能储能系统，该系统以二氧化碳为主要工质，在储能阶段利用富余电力完成二氧化碳的地下存储，在释能阶段利用多种方式供应电、热和冷以灵活应对用户的能量需求。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种多功能储能系统，包括二氧化碳循环储能释能单元，地下盐水循环储能释能单元，热存储利用单元和冷存储利用单元，其特征在于，

--所述二氧化碳循环储能释能单元包括二氧化碳存储罐、二氧化碳存储罐供气压力调节装置、二氧化碳注入井、二氧化碳开采井、二氧化碳主供电膨胀机、二氧化碳热利用换热器、二氧化碳供冷储罐、二氧化碳供冷膨胀机、二氧化碳缓冲分离罐，其中：二氧化碳缓冲分离罐的出口端通过管路与二氧化碳存储罐的入口端相连，两者的连通管路上设有二氧化碳存储罐回气阀；二氧化碳存储罐的出口端与二氧化碳存储罐供气压力调节装置的入口端相连，连接管路上设置有二氧化碳存储罐供气阀；二氧化碳存储罐供气压力调节装置与二氧化碳注入井的连通管路上设置有二氧化碳注入井阀门；二氧化碳开采井通过管路与并联的主供电管路和供冷管路相连通；

--所述主供电管路上设置有二氧化碳主供电膨胀机，二氧化碳开采井通过管路与二氧化碳主供电膨胀机入口相连，两者之间的管路上设置有二氧化碳主供电膨胀机入口阀门；所述二氧化碳主供电膨胀机出口通过管路与并联的回收管路、紧急供电管路和辅助供电管路相连通，二氧化碳主供电膨胀机出口端设置有二氧化碳主供电膨胀机出口阀门；

--所述回收供电管路上设置有二氧化碳主供电管路工质回收阀；

--所述紧急供电管路上设置有二氧化碳紧急供电入口阀门，管路通过二氧化碳紧急供电换热器冷侧，与二氧化碳紧急供电膨胀机入口端连通，二氧化碳紧急供电膨胀机出口端设置有二氧化碳紧急供电膨胀机出口阀门；

--所述辅助供电管路包括并联的两级辅助供电管路，第一级辅助供电管路上设置有二氧化碳一级辅助供电入口阀门，管路经过二氧化碳一级辅助供电换热器冷侧，与二氧化碳一级辅助供电膨胀机入口端相连，二氧化碳一级辅助供电膨胀机出口端设置有二氧化碳一级辅助供电膨胀机出口阀门；第二级辅助供电管路上设置有二氧化碳二级辅助供电入口阀门，管路经过二氧化碳二级辅助供电换热器冷侧，与二氧化碳二级辅助供电膨胀机入口端相连，二氧化碳二级辅助供电膨胀机出口端设置有二氧化碳二级辅助供电膨胀机出口阀门；

--所述供冷管路上设置有二氧化碳热利用换热器入口阀门，管路经过二氧化碳热利用换热器热侧，与二氧化碳供冷储罐底部相连；二氧化碳供冷储罐通过管路与二氧化碳供冷膨胀机入口端相连，两者之间的连通管路上设置有二氧化碳供冷储罐出口阀、二氧化碳供冷管路温度控制器；二氧化碳供冷膨胀机出口端通过管路与二氧化碳供冷换热器的冷侧相连，管路出口端设置有二氧化碳供冷换热器出口阀门；

--所述二氧化碳缓冲分离罐入口端管路上设置有二氧化碳回收端压力控制阀；

--所述地下盐水循环储能释能单元包括通过管路依次连接的盐水开采井、盐水开采井压力调节器、盐水回收压力调节器、盐水水箱、盐水再注入升压泵、盐水再注入井；其中：盐水再注入井与盐水再注入升压泵出口相连，两者之间的管路上设置有盐水再注入井阀门；盐水开采井通过管路与盐水开采井压力调节器相连通，两者之间的连通管路上设置有盐水开采井阀门；盐水开采井压力调节器出口端通过并联的无热利用管路和热利用管路与盐水回收压力调节器连通；

--所述无热利用管路上设置有盐水回收阀；

--所述热利用管路依次通过盐水热利用一级换热器热侧和盐水热利用二级换热器热侧，盐水热利用一级换热器热侧出口管路上设置有盐水热利用级间温度控制器，盐水热利用二级换热器热侧出口管路上设置有盐水热利用回收阀；盐水回收压力调节器入口端管路设置有盐水回收管路温度表、盐水回收管路压力表、盐水回收过滤器，盐水回收压力调节器出口端与盐水水箱的入口端连通，两者之间的联通管路上设置有盐水回收温度调节器、盐水水箱回收阀；盐水水箱的出口端通过管路与盐水再注入升压泵的入口端相连接，两者的连接管路上设置有盐水水箱供应阀；

--所述热存储利用单元包括盐水热利用一级储热器、盐水热利用二级储热器、二氧化碳热利用储热器，其中：所述盐水热利用一级储热器储热侧通过管路与盐水热利用一级换热器的冷侧连通；盐水热利用一级储热器用热侧上部通过管路与二氧化碳一级辅助供电换热器的热侧相连，管路上设置有盐水热利用一级储热器供电端入口阀、盐水热利用一级储热器供电端回收阀；盐水热利用一级储热器用热侧下部通过管路与用户端连通，管路上设置有盐水热利用一级储热器供热端入口阀、盐水热利用一级储热器供热端回收阀；所述盐水热利用二级储热器储热侧通过管路与盐水热利用二级换热器的冷侧连通；盐水热利用二级储热器用热侧上部通过管路与二氧化碳二级辅助供电换热器的热侧相连，管路上设置有盐水热利用二级储热器供电端入口阀、盐水热利用二级储热器供电端回收阀；盐水热利用二级储热器用热侧下部通过管路与用户端连通，管路上设置有盐水热利用二级储热器供热端入口阀、盐水热利用二级储热器供热端回收阀；所述二氧化碳热利用储热器储热侧通过管路与二氧化碳热利用换热器的冷侧连通；二氧化碳热利用储热器用热侧左半部分通过管路与二氧化碳紧急供电换热器的热侧相连，管路上设置有二氧化碳热利用储热器供电端入口阀、二氧化碳热利用储热器供电端回收阀；二氧化碳热利用储热器用热侧右半部分通过管路与用户端连通，管路上设置有二氧化碳热利用储热器供热端入口阀、二氧化碳热利用储热器供热端回收阀；

--所述冷存储利用单元包括二氧化碳供冷储冷器，其中：二氧化碳供冷储冷器储冷侧通过管路与二氧化碳供冷换热器的热侧相连；二氧化碳供冷储冷器通过管路与用户端连通，管路上设置有二氧化碳供冷储冷器供冷端入口阀、二氧化碳供冷储冷器供冷端回收阀。

优选地，所述二氧化碳存储罐的出口端与二氧化碳存储罐供气压力调节装置入口端的连接管路上设置有二氧化碳存储罐供气过滤器、二氧化碳存储罐供气止回阀。

优选地，所述二氧化碳存储罐供气压力调节装置与二氧化碳注入井的连通管路上设置有二氧化碳注入井压力表、二氧化碳注入井温度表。

优选地，所述二氧化碳开采井出口管路上与并联的主供电管路和紧急供电管路之间设置有二氧化碳开采井阀门、二氧化碳开采井压力表、二氧化碳开采井温度表、二氧化碳开采井止回阀、二氧化碳开采井过滤器。

优选地，所述紧急供电管路出口端设置有二氧化碳紧急供电管路工质回收阀。

优选地，所述辅助供电管路出口端设置有二氧化碳辅助供电管路工质回收阀。

优选地，所述盐水再注入井与盐水再注入升压泵出口之间的管路上设置有盐水再注入温度表、盐水再注入压力表。

优选地，所述盐水开采井与盐水开采井压力调节器的连通管路上设置有盐水开采井压力表、盐水开采井温度表、盐水开采井止回阀、盐水开采井过滤器。

优选地，所述热利用管路上设置有盐水热利用供应阀、盐水热利用管路压力表、盐水热利用管路温度表。

优选地，所述盐水水箱的出口端与盐水再注入升压泵的入口端之间的连接管路上设置有盐水再注入过滤器、盐水再注入止回阀。

优选地，所述升压泵、透平机、压气机均驱动连接有电动机。

优选地，所述盐水热利用一级储热器、盐水热利用二级储热器、二氧化碳热利用储热器的用热侧还通过管路与用户端连通，所述储热器的用热侧与用户端的连通管路上均设置有阀门；所述二氧化碳供冷储冷器的用冷侧与用户端的连通管路上均设置有阀门二氧化碳供冷储冷器通过管路与用户端连通。

优选地，所述二氧化碳热利用储热器的用热侧与二氧化碳紧急供电换热器的热侧的连通管路上均设置有阀门；所述盐水热利用一级储热器的用热侧与二氧化碳一级辅助供电换热器的热侧的连通管路上均设置有阀门；所述盐水热利用二级储热器的用热侧与二氧化碳二级辅助供电换热器的热侧的连通管路上均设置有阀门。

由以上技术方案可知，本发明的优点是：

1、本发明提供了一种高效利用二氧化碳的方法，可以在应对用户复杂能量需求的同时，减少二氧化碳的排放，并可实现二氧化碳的收集和存储，进一步提升了二氧化碳的利用效益。

2、本发明利用二氧化碳和地下盐水的密度差异实现了二氧化碳的有效存储，而两者的存储和利用过程相互影响相互促进，形成良性循环，同时进一步提高了地热能资源的利用率。

3、本发明可以富余电力为能量来源，亦可利用可再生能源为系统的电力来源，具有较好的节能效益。此外，本系统可与热电厂联合使用，具有大规模应用潜力，是一种高效、环保型系统。

附图说明

图1是本发明的多功能储能系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明的多功能储能系统，由二氧化碳存储罐1，二氧化碳存储罐供气阀2，二氧化碳存储罐供气过滤器3，二氧化碳存储罐供气止回阀4，二氧化碳存储罐供气压力调节装置5，二氧化碳注入井压力表6，二氧化碳注入井温度表7，二氧化碳注入井阀门8，二氧化碳注入井9，盐水开采井10，盐水开采井阀门11，盐水开采井压力表12，盐水开采井温度表13，盐水开采井止回阀14，盐水开采井过滤器15，盐水开采井压力调节器16，盐水回收阀17，盐水热利用供应阀18，盐水回收管路温度表19，盐水回收管路压力表20，盐水回收过滤器21，盐水回收压力调节器22，盐水回收温度调节器23，盐水水箱回收阀24，盐水水箱25，盐水热利用管路压力表26，盐水热利用管路温度表27，盐水热利用一级换热器28，盐水热利用级间温度控制器29，盐水热利用二级换热器30，盐水热利用回收阀31，盐水热利用一级储热器32，盐水热利用二级储热器33，二氧化碳开采井34，二氧化碳开采井阀门35，二氧化碳开采井压力表36，二氧化碳开采井温度表37，二氧化碳开采井止回阀38，二氧化碳开采井过滤器39，二氧化碳主供电膨胀机入口阀门40，二氧化碳主供电膨胀机41，二氧化碳主供电发电机42，二氧化碳主供电膨胀机出口阀门43，二氧化碳主供电管路工质回收阀44，二氧化碳回收端压力控制阀45，二氧化碳缓冲分离罐46，二氧化碳存储罐回气阀47，二氧化碳一级辅助供电入口阀门48，二氧化碳一级辅助供电换热器49，盐水热利用一级储热器供电端入口阀50，盐水热利用一级储热器供电端回收阀51，二氧化碳一级辅助供电膨胀机52，二氧化碳一级辅助供电发电机53，二氧化碳一级辅助供电膨胀机出口阀门54，二氧化碳辅助供电管路工质回收阀55，二氧化碳二级辅助供电入口阀门56，二氧化碳二级辅助供电换热器57，盐水热利用二级储热器供电端入口阀58，盐水热利用二级储热器供电端回收阀59，二氧化碳二级辅助供电膨胀机60，二氧化碳二级辅助供电发电机61，二氧化碳二级辅助供电膨胀机出口阀门62，二氧化碳热利用换热器入口阀门63，二氧化碳热利用换热器64，二氧化碳热利用储热器65，二氧化碳供冷储罐66，二氧化碳紧急供电入口阀门67，二氧化碳紧急供电换热器68，二氧化碳热利用储热器供电端入口阀69，二氧化碳热利用储热器供电端回收阀70，二氧化碳紧急供电膨胀机71，二氧化碳紧急供电发电机72，二氧化碳紧急供电膨胀机出口阀门73，二氧化碳紧急供电管路工质回收阀74，盐水热利用一级储热器供热端入口阀75，盐水热利用一级储热器供热端回收阀76，用户端77，盐水热利用二级储热器供热端入口阀78，盐水热利用二级储热器供热端回收阀79，二氧化碳热利用储热器供热端入口阀80，二氧化碳热利用储热器供热端回收阀81，二氧化碳供冷储罐出口阀82，二氧化碳供冷管路温度控制器83，二氧化碳供冷膨胀机84，二氧化碳供冷换热器85，二氧化碳供冷储冷器86，二氧化碳供冷储冷器供冷端入口阀87，二氧化碳供冷储冷器供冷端回收阀88，二氧化碳供冷换热器出口阀门89，盐水水箱供应阀90，盐水再注入过滤器91，盐水再注入止回阀92，盐水再注入升压泵93，盐水再注入温度表94，盐水再注入压力表95，盐水再注入井阀门96，盐水再注入井97组成。

具体地，本发明的多功能储能系统，包括二氧化碳循环储能释能单元、地下盐水循环储能释能单元、热存储利用单元和冷存储利用单元，其中：

二氧化碳循环储能释能单元包括二氧化碳存储罐1、二氧化碳存储罐供气压力调节装置5、二氧化碳注入井9、二氧化碳开采井34、二氧化碳主供电膨胀机41、二氧化碳热利用换热器64、二氧化碳供冷储罐66、二氧化碳供冷膨胀机84、二氧化碳缓冲分离罐46，其中：二氧化碳缓冲分离罐46的出口端通过管路与二氧化碳存储罐1的入口端相连，两者的连通管路上设有二氧化碳存储罐回气阀47；二氧化碳存储罐1的出口端与二氧化碳存储罐供气压力调节装置5的入口端相连，连接管路上设置有二氧化碳存储罐供气阀2；二氧化碳存储罐供气压力调节装置5与二氧化碳注入井9的连通管路上设置有二氧化碳注入井阀门8；二氧化碳开采井34通过管路与并联的主供电管路和供冷管路相连通。

主供电管路上设置有二氧化碳主供电膨胀机41，二氧化碳开采井34通过管路与二氧化碳主供电膨胀机41入口相连，两者之间的管路上设置有二氧化碳主供电膨胀机入口阀门40；二氧化碳主供电膨胀机41出口通过管路与并联的回收管路、紧急供电管路和辅助供电管路相连通，二氧化碳主供电膨胀机41出口端设置有二氧化碳主供电膨胀机出口阀门43。回收供电管路上设置有二氧化碳主供电管路工质回收阀44。紧急供电管路上设置有二氧化碳紧急供电入口阀门67，管路通过二氧化碳紧急供电换热器68冷侧，与二氧化碳紧急供电膨胀机71入口端连通，二氧化碳紧急供电膨胀机71出口端设置有二氧化碳紧急供电膨胀机出口阀门73。辅助供电管路包括并联的两级辅助供电管路，第一级辅助供电管路上设置有二氧化碳一级辅助供电入口阀门48，管路经过二氧化碳一级辅助供电换热器49冷侧，与二氧化碳一级辅助供电膨胀机52入口端相连，二氧化碳一级辅助供电膨胀机52出口端设置有二氧化碳一级辅助供电膨胀机出口阀门54；第二级辅助供电管路上设置有二氧化碳二级辅助供电入口阀门56，管路经过二氧化碳二级辅助供电换热器57冷侧，与二氧化碳二级辅助供电膨胀机60入口端相连，二氧化碳二级辅助供电膨胀机60出口端设置有二氧化碳二级辅助供电膨胀机出口阀门62。

供冷管路上设置有二氧化碳热利用换热器入口阀门63，管路经过二氧化碳热利用换热器64热侧，与二氧化碳供冷储罐66底部相连；二氧化碳供冷储罐66通过管路与二氧化碳供冷膨胀机84入口端相连，两者之间的连通管路上设置有二氧化碳供冷储罐出口阀82、二氧化碳供冷管路温度控制器83；二氧化碳供冷膨胀机84出口端通过管路与二氧化碳供冷换热器85的冷侧相连，管路出口端设置有二氧化碳供冷换热器出口阀门89。二氧化碳缓冲分离罐46入口端管路上设置有二氧化碳回收端压力控制阀45。

地下盐水循环储能释能单元包括通过管路依次连接的盐水开采井10、盐水开采井压力调节器16、盐水回收压力调节器22、盐水水箱25、盐水再注入升压泵93、盐水再注入井97；其中：盐水再注入井97与盐水再注入升压泵93出口相连，两者之间的管路上设置有盐水再注入井阀门96；盐水开采井10通过管路与盐水开采井压力调节器16相连通，两者之间的连通管路上设置有盐水开采井阀门11；盐水开采井压力调节器16出口端通过并联的无热利用管路和热利用管路与盐水回收压力调节器22连通；无热利用管路上设置有盐水回收阀17；热利用管路依次通过盐水热利用一级换热器28热侧和盐水热利用二级换热器30热侧，盐水热利用一级换热器28热侧出口管路上设置有盐水热利用级间温度控制器29，盐水热利用二级换热器30热侧出口管路上设置有盐水热利用回收阀31；盐水回收压力调节器22入口端管路设置有盐水回收管路温度表19、盐水回收管路压力表20、盐水回收过滤器21，盐水回收压力调节器22出口端与盐水水箱25的入口端连通，两者之间的联通管路上设置有盐水回收温度调节器23、盐水水箱回收阀24；盐水水箱25的出口端通过管路与盐水再注入升压泵93的入口端相连接，两者的连接管路上设置有盐水水箱供应阀90。

热存储利用单元包括盐水热利用一级储热器32、盐水热利用二级储热器33、二氧化碳热利用储热器65，其中：盐水热利用一级储热器32储热侧通过管路与盐水热利用一级换热器28的冷侧连通；盐水热利用一级储热器32用热侧上部通过管路与二氧化碳一级辅助供电换热器49的热侧相连，管路上设置有盐水热利用一级储热器供电端入口阀50、盐水热利用一级储热器供电端回收阀51；盐水热利用一级储热器32用热侧下部通过管路与用户端77连通，管路上设置有盐水热利用一级储热器供热端入口阀75、盐水热利用一级储热器供热端回收阀76；盐水热利用二级储热器33储热侧通过管路与盐水热利用二级换热器30的冷侧连通；盐水热利用二级储热器33用热侧上部通过管路与二氧化碳二级辅助供电换热器57的热侧相连，管路上设置有盐水热利用二级储热器供电端入口阀58、盐水热利用二级储热器供电端回收阀59；盐水热利用二级储热器33用热侧下部通过管路与用户端77连通，管路上设置有盐水热利用二级储热器供热端入口阀78、盐水热利用二级储热器供热端回收阀79；二氧化碳热利用储热器65储热侧通过管路与二氧化碳热利用换热器64的冷侧连通；二氧化碳热利用储热器65左半部分通过管路与二氧化碳紧急供电换热器68的热侧相连，管路上设置有二氧化碳热利用储热器供电端入口阀69、二氧化碳热利用储热器供电端回收阀70；二氧化碳热利用储热器65用热侧右半部分通过管路与用户端连通，管路上设置有二氧化碳热利用储热器供热端入口阀80、二氧化碳热利用储热器供热端回收阀81。

冷存储利用单元包括二氧化碳供冷储冷器86，其中：二氧化碳供冷储冷器86储冷侧通过管路与二氧化碳供冷换热器85的热侧相连；二氧化碳供冷储冷器86用冷侧通过管路与用户端77连通，管路上设置有二氧化碳供冷储冷器供冷端入口阀87、二氧化碳供冷储冷器供冷端回收阀88。

二氧化碳存储罐1的出口端与二氧化碳存储罐供气压力调节装置5入口端的连接管路上设置有二氧化碳存储罐供气过滤器3、二氧化碳存储罐供气止回阀4。二氧化碳存储罐供气压力调节装置5与二氧化碳注入井9的连通管路上设置有二氧化碳注入井压力表6、二氧化碳注入井温度表7。二氧化碳开采井34出口管路上与并联的主供电管路和紧急供电管路之间设置有二氧化碳开采井阀门35、二氧化碳开采井压力表36、二氧化碳开采井温度表37、二氧化碳开采井止回阀38、二氧化碳开采井过滤器39。

紧急供电管路出口端设置有二氧化碳紧急供电管路工质回收阀74。辅助供电管路出口端设置有二氧化碳辅助供电管路工质回收阀55。盐水再注入井97与盐水再注入升压泵93出口之间的管路上设置有盐水再注入温度表94、盐水再注入压力表95。盐水开采井10与盐水开采井压力调节器16的连通管路上设置有盐水开采井压力表12、盐水开采井温度表13、盐水开采井止回阀14、盐水开采井过滤器15。

热利用管路上设置有盐水热利用供应阀18、盐水热利用管路压力表26、盐水热利用管路温度表27。盐水水箱25的出口端与盐水再注入升压泵93的入口端之间的连接管路上设置有盐水再注入过滤器91、盐水再注入止回阀92。

具体操作过程为：

储能阶段，二氧化碳存储罐供气阀2打开，二氧化碳存储罐1供应二氧化碳依次经过二氧化碳存储罐供气阀2，二氧化碳存储罐供气过滤器3和二氧化碳存储罐供气止回阀4，进入二氧化碳存储罐供气压力调节装置5。其中，二氧化碳存储罐供气过滤器3过滤二氧化碳中的杂质，二氧化碳存储罐供气止回阀4防止二氧化碳回流，二氧化碳存储罐供气压力调节装置5调节二氧化碳的压力以便于二氧化碳以合适的压力注入地下。二氧化碳存储罐供气压力调节装置5后设置有二氧化碳注入井压力表6和二氧化碳注入井温度表7，用以观察注入地下的二氧化碳的压力和温度。经压力调节后，二氧化碳注入井阀门8打开，二氧化碳经二氧化碳注入井9进入地下存储层。

地下存储层可视为封闭容器，其中含有大量的盐水。盐水吸收地下热量，可达到一定温度(200-300℃)。高压二氧化碳的注入占据一定空间，促进盐水流动。为保证二氧化碳在地下的存储，盐水开采井阀门11打开，部分盐水通过盐水开采井10由地下输送至地上。盐水依次经过盐水开采井止回阀14，盐水开采井过滤器15，进入盐水开采井压力调节器16。其中，盐水开采井10管路上设置有盐水开采井压力表12和盐水开采井温度表13，用于观察盐水压力和温度，盐水开采井止回阀14用于防止盐水回流，盐水开采井过滤器15用于过滤盐水中杂质。经过盐水开采井压力调节器16调节压力之后，根据释能阶段是否要利用盐水中热量，存在：

过程一，当盐水中热量不需要被利用时，盐水回收阀17打开，盐水热利用供应阀18关闭，盐水水箱回收阀24打开，离开盐水开采井压力调节器16的盐水经过盐水回收阀17，经过管路传输，依次经过盐水回收过滤器21，盐水回收压力调节器22，盐水回收温度调节器23，盐水水箱回收阀24，进入盐水水箱25中存储。其中，盐水回收过滤器21用于过滤盐水中杂质，盐水回收压力调节器22用于调节盐水进入盐水水箱25时的压力，盐水回收温度调节器23用于调节进入盐水水箱25时的温度。在盐水回收过滤器21之前设置有盐水回收管路温度表19和盐水回收管路压力表20，用于观察盐水的压力和温度。

过程二，当盐水中热量需要被利用时，盐水回收阀17关闭，盐水热利用供应阀18打开，盐水热利用回收阀31打开，盐水水箱回收阀24打开，离开盐水开采井压力调节器16的盐水经过盐水热利用供应阀18，首先进入盐水热利用一级换热器28换热降温，热量由盐水热利用一级储热器32收集并存储。其中，盐水热利用一级换热器28入口设置有盐水热利用管路压力表26和盐水热利用管路温度表27，用于监测盐水热利用时的温压力和温度。盐水热利用一级换热器28和盐水热利用二级换热器30之间管路上设置有盐水热利用级间温度控制器29，用于控制盐水热利用一级换热器28出口温度。随后，盐水热利用一级换热器28出口盐水进入盐水热利用二级换热器30，在其中换热降温，热量由盐水热利用二级储热器33收集。换热结束后，盐水经过盐水热利用回收阀31，依次经过盐水回收过滤器21，盐水回收压力调节器22，盐水回收温度调节器23，盐水水箱回收阀24，进入盐水水箱25中存储。

综上，在储能阶段，二氧化碳经压缩后存储于地下，吸收地热能温度升高。考虑到二氧化碳在盐水中的溶解性及两者之间密度的差异，除了有少部分二氧化碳溶于盐水外，大部分二氧化碳会与盐水分层存在，这将有利于释能阶段地下二氧化碳的开采。此外储能阶段开采的盐水中的热能也可以根据需求进行收集和存储。

释能阶段，系统可根据用户需求供应电能、热能和冷能。电能的供应包括下述过程：

过程一，主供电过程。二氧化碳开采井阀门35打开，二氧化碳主供电膨胀机入口阀门40打开，高温高压二氧化碳进入二氧化碳开采井34，依次通过二氧化碳开采井阀门35，二氧化碳开采井止回阀38，二氧化碳开采井过滤器39，二氧化碳主供电膨胀机入口阀门40进入二氧化碳主供电膨胀机41。其中，二氧化碳开采井34管路上设置有二氧化碳开采井压力表36和二氧化碳开采井温度表37，用于检测二氧化碳的压力和温度，二氧化碳开采井止回阀38用于防止二氧化碳回流，二氧化碳开采井过滤器39用于过滤二氧化碳流体中杂质。高温高压二氧化碳在二氧化碳主供电膨胀机41中膨胀做功，二氧化碳主供电膨胀机41带动二氧化碳主供电发电机42对外发电。二氧化碳主供电膨胀机出口阀门43打开，二氧化碳主供电管路工质回收阀44打开，膨胀之后的二氧化碳依次经过二氧化碳主供电膨胀机出口阀门43，二氧化碳主供电管路工质回收阀44以及二氧化碳回收端压力控制阀45调整压力之后，进入二氧化碳缓冲分离罐46进行杂质分离，随后二氧化碳存储罐回气阀47打开，二氧化碳经过二氧化碳存储罐回气阀47后由二氧化碳存储罐1回收存储。

过程二，辅助供电过程。当主供电过程供应电量不能满足用户对电力的需求时，二氧化碳主供电膨胀机41出口二氧化碳将进入辅助供电过程提供额外电力。

辅助供电过程包括一级供电过程和二级供电过程，一级供电过程利用盐水热利用一级储热器32中的存储热，二级供电过程利用盐水热利用二级储热器33中的存储热。具体过程为：

一级供电过程中，二氧化碳一级辅助供电入口阀门48打开，膨胀做功之后的二氧化碳经过二氧化碳一级辅助供电入口阀门48，进入二氧化碳一级辅助供电换热器49。同时，盐水热利用一级储热器供电端入口阀50打开，盐水热利用一级储热器供电端回收阀51打开，盐水热利用一级储热器32利用载热介质循环将其存储热量送至二氧化碳一级辅助供电换热器49。二氧化碳在二氧化碳一级辅助供电换热器49中吸收热量后，进入二氧化碳一级辅助供电膨胀机52膨胀做功，二氧化碳一级辅助供电膨胀机52带动二氧化碳一级辅助供电发电机53对外发电。随后，二氧化碳一级辅助供电膨胀机出口阀门54打开，二氧化碳辅助供电管路工质回收阀55打开，膨胀之后的二氧化碳依次经过二氧化碳一级辅助供电膨胀机出口阀门54，二氧化碳辅助供电管路工质回收阀55以及二氧化碳回收端压力控制阀45调整压力之后，进入二氧化碳缓冲分离罐46进行杂质分离，随后二氧化碳存储罐回气阀47打开，二氧化碳经过二氧化碳存储罐回气阀47后由二氧化碳存储罐1回收存储。

二级供电过程中，二氧化碳二级辅助供电入口阀门56打开，膨胀做功之后的二氧化碳经过二氧化碳二级辅助供电入口阀门56，进入二氧化碳二级辅助供电换热器57。同时，盐水热利用二级储热器供电端入口阀58打开，盐水热利用二级储热器供电端回收阀59打开，盐水热利用二级储热器33利用载热介质循环将其存储热量送至二氧化碳二级辅助供电换热器57。二氧化碳在二氧化碳二级辅助供电换热器57中吸收热量后，进入二氧化碳二级辅助供电膨胀机60膨胀做功，二氧化碳二级辅助供电膨胀机60带动二氧化碳二级辅助供电发电机61对外发电。随后，二氧化碳二级辅助供电膨胀机出口阀门62打开，二氧化碳辅助供电管路工质回收阀55打开，膨胀之后的二氧化碳依次经过二氧化碳二级辅助供电膨胀机出口阀门62，二氧化碳辅助供电管路工质回收阀55以及二氧化碳回收端压力控制阀45调整压力之后，进入二氧化碳缓冲分离罐46进行杂质分离，随后二氧化碳存储罐回气阀47打开，二氧化碳经过二氧化碳存储罐回气阀47后由二氧化碳存储罐1回收存储。

需要指出的是，一级供电过程和二级供电过程可根据电力需求同时进行或单独进行，同时进行时系统可实现最大辅助电力输出，单独进行时可选择一级供电过程或者二级供电过程，供电过程的选择需要综合考虑用户热量需求情况，以避免供热量的不足。

过程三，紧急供电过程。当主供电过程和辅助供电过程供应电量仍不能满足用户对电力的需求时，可启动紧急供电过程。此时，二氧化碳热利用换热器入口阀门63打开，来自二氧化碳开采井34的高温高压二氧化碳经过二氧化碳热利用换热器入口阀门63，进入二氧化碳热利用换热器64。二氧化碳携带的热量在二氧化碳热利用换热器64中被来自二氧化碳热利用储热器65的工作介质吸收并存储。换热后的二氧化碳进入二氧化碳供冷储罐66存储。当需要紧急供电时，二氧化碳紧急供电入口阀门67打开，二氧化碳主供电膨胀机41出口二氧化碳依次通过二氧化碳主供电膨胀机出口阀门43，二氧化碳紧急供电入口阀门67进入二氧化碳紧急供电换热器68。同时，二氧化碳热利用储热器供电端入口阀69打开，二氧化碳热利用储热器供电端回收阀70打开，二氧化碳热利用储热器65利用载热介质循环将其存储热量送至二氧化碳紧急供电换热器68。二氧化碳在二氧化碳紧急供电换热器68中吸收热量后，进入二氧化碳紧急供电膨胀机71膨胀做功，二氧化碳紧急供电膨胀机71带动二氧化碳紧急供电发电机72对外发电。随后，二氧化碳紧急供电膨胀机出口阀门73打开，二氧化碳紧急供电管路工质回收阀74打开，膨胀之后的二氧化碳依次经过二氧化碳紧急供电膨胀机出口阀门73，二氧化碳紧急供电管路工质回收阀74以及二氧化碳回收端压力控制阀45调整压力之后，进入二氧化碳缓冲分离罐46进行杂质分离，随后二氧化碳存储罐回气阀47打开，二氧化碳经过二氧化碳存储罐回气阀47后由二氧化碳存储罐1回收存储。

在热量供应方面，由于在储能阶段来自盐水的热量根据需要被存储在盐水热利用一级储热器32和盐水热利用二级储热器33中，同时在紧急供电时有来自高温高压二氧化碳的热量被存储于二氧化碳热利用储热器65。因此，系统热能的供应包括下述过程：

利用盐水热利用一级储热器32中存储热的一级供热过程。当需要供热时，盐水热利用一级储热器供热端入口阀75打开，盐水热利用一级储热器供热端回收阀76打开，热介质随管路循环A将热量传递给用户端77。

利用盐水热利用二级储热器33中存储热的二级供热过程。当需要供热时，盐水热利用二级储热器供热端入口阀78打开，盐水热利用二级储热器供热端回收阀79打开，热介质随管路循环B将热量传递给用户端77。

利用二氧化碳热利用储热器65中存储热的紧急供热过程。当需要供热时，二氧化碳热利用储热器供热端入口阀80打开，二氧化碳热利用储热器供热端回收阀81打开，热介质随管路循环C将热量传递给用户端77。

需要指出的是，由于盐水热利用一级储热器32、盐水热利用二级储热器33和二氧化碳热利用储热器65中存储热量需要兼顾电力供应和热量供应，因此可根据用户需求灵活调节供应量。

在冷量供应方面，二氧化碳供冷储罐出口阀82打开，二氧化碳供冷储罐66供应低温高压二氧化碳经过二氧化碳供冷管路温度控制器83调控温度后，进入二氧化碳供冷膨胀机84膨胀，膨胀出口二氧化碳温度进一步降低，进入二氧化碳供冷换热器85。来自二氧化碳供冷储冷器86的工质进入二氧化碳供冷换热器85与温度较低的二氧化碳进行热量交换，吸收冷量并存储。当用户端77存在冷量需求时，二氧化碳供冷储冷器供冷端入口阀87打开，二氧化碳供冷储冷器供冷端回收阀88打开，冷介质随管路循环将冷量传递给用户端77。此外，二氧化碳供冷换热器出口阀门89打开，二氧化碳紧急供电管路工质回收阀74打开，换热降温之后的二氧化碳依次经过二氧化碳供冷换热器出口阀门89，二氧化碳紧急供电管路工质回收阀74以及二氧化碳回收端压力控制阀45调整压力之后，进入二氧化碳缓冲分离罐46进行杂质分离，随后二氧化碳存储罐回气阀47打开，二氧化碳经过二氧化碳存储罐回气阀47后由二氧化碳存储罐1回收存储。

需要注意的是，当释能阶段从地下开采二氧化碳进行利用时，地下存储层中的压力会随着二氧化碳的开采而降低，不利于二氧化碳的持续开采和利用。此时可打开盐水水箱供应阀90，盐水再注入井阀门96打开，盐水水箱25供应盐水，依次经过盐水水箱供应阀90，盐水再注入过滤器91，盐水再注入止回阀92，盐水再注入升压泵93及盐水再注入井阀门96，通过盐水再注入井97注入地下。其中，盐水再注入过滤器91用于过滤盐水杂质，盐水再注入止回阀92用于防止盐水回流，盐水再注入升压泵93用于提升盐水压力，保证盐水的再注入。同时盐水再注入升压泵93出口设置有盐水再注入温度表94和盐水再注入压力表95，用于检测和控制盐水的温度和压力。高压盐水的再注入可以保证地下存储层中的压力稳定，保证二氧化碳的开采效率。

此外，释能阶段盐水的再注入会消耗一定的电能，该部分电能可来自系统的发电量或来自富余电力及可再生能源等。该系统亦可以在储能阶段实现盐水的再注入，此时可利用富余电力或可再生能源为能量来源，将盐水水箱25中存储的盐水升压后注入地下。除了对盐水的压力提升要求更高，储能阶段盐水的地下注入过程与释能阶段盐水的地下注入过程基本一致。储能阶段盐水的再注入将进一步提升地下存储层压力，同样可以保证二氧化碳的开采效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种多功能储能系统，包括二氧化碳循环储能释能单元、地下盐水循环储能释能单元、热存储利用单元和冷存储利用单元，其特征在于，

--所述二氧化碳循环储能释能单元，包括二氧化碳缓冲分离罐、二氧化碳存储罐、二氧化碳存储罐供气压力调节装置、二氧化碳注入井、二氧化碳开采井、二氧化碳主供电膨胀机、二氧化碳热利用换热器、二氧化碳供冷储罐、二氧化碳供冷膨胀机，其中，二氧化碳缓冲分离罐的出口端通过管路依次经二氧化碳存储罐、二氧化碳存储罐供气压力调节装置与二氧化碳注入井的入口端相连；二氧化碳开采井通过管路与并联的主供电管路和供冷管路相连通，其中：

所述主供电管路上设置有二氧化碳主供电膨胀机，二氧化碳开采井通过管路经二氧化碳主供电膨胀机后与并联的回收管路、紧急供电管路和辅助供电管路相连通，其中：所述紧急供电管路通过二氧化碳紧急供电换热器冷侧后，与二氧化碳紧急供电膨胀机入口端连通；所述辅助供电管路包括并联的两级辅助供电管路，第一级辅助供电管路经二氧化碳一级辅助供电换热器冷侧后与二氧化碳一级辅助供电膨胀机入口端相连，第二级辅助供电管路经二氧化碳二级辅助供电换热器冷侧后与二氧化碳二级辅助供电膨胀机入口端相连；所述回收管路、二氧化碳紧急供电膨胀机、二氧化碳一级辅助供电膨胀机和二氧化碳二级辅助供电膨胀机的出口端均与二氧化碳缓冲分离罐的入口端连通；

所述供冷管路经二氧化碳热利用换热器热侧后，与二氧化碳供冷储罐底部相连；二氧化碳供冷储罐通过管路经二氧化碳供冷膨胀机、二氧化碳供冷换热器的冷侧后与二氧化碳缓冲分离罐的入口端连通；

--所述地下盐水循环储能释能单元，包括盐水开采井、盐水开采井压力调节器、盐水回收压力调节器、盐水水箱、盐水再注入升压泵和盐水再注入井，其中：盐水开采井经盐水开采井压力调节器、并联的无热利用管路和热利用管路、盐水回收压力调节器、盐水水箱、盐水再注入升压泵后与盐水再注入井相连接；其中：所述热利用管路依次通过盐水热利用一级换热器热侧、盐水热利用二级换热器热侧和盐水回收压力调节器后与盐水水箱连通；

--所述热存储利用单元，包括盐水热利用一级储热器、盐水热利用二级储热器、二氧化碳热利用储热器，其中：所述盐水热利用一级储热器储热侧通过管路与盐水热利用一级换热器的冷侧连通，盐水热利用一级储热器用热侧通过管路与二氧化碳一级辅助供电换热器的热侧相连；所述盐水热利用二级储热器储热侧通过管路与盐水热利用二级换热器的冷侧连通，盐水热利用二级储热器用热侧通过管路与二氧化碳二级辅助供电换热器的热侧相连；所述二氧化碳热利用储热器储热侧通过管路与二氧化碳热利用换热器的冷侧连通，二氧化碳热利用储热器用热侧通过管路与二氧化碳紧急供电换热器的热侧相连；

--所述冷存储利用单元包括二氧化碳供冷储冷器，其中：二氧化碳供冷储冷器储冷侧通过管路与二氧化碳供冷换热器的热侧相连，二氧化碳供冷储冷器用冷侧通过管路与用户端连通。

2.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述二氧化碳缓冲分离罐入口端设置有二氧化碳回收端压力控制阀；所述二氧化碳缓冲分离罐与二氧化碳存储罐之间的连通管路上设有二氧化碳存储罐回气阀；所述二氧化碳存储罐与二氧化碳存储罐供气压力调节装置之间的连接管路上设置有二氧化碳存储罐供气阀、和/或二氧化碳存储罐供气过滤器、和/或二氧化碳存储罐供气止回阀；二氧化碳存储罐供气压力调节装置与二氧化碳注入井之间的连通管路上设置有二氧化碳注入井阀门、和/或二氧化碳注入井压力表、和/或二氧化碳注入井温度表。

3.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述回收管路上设置有二氧化碳主供电管路工质回收阀。

4.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述二氧化碳开采井出口管路上设有二氧化碳开采井阀门、和/或二氧化碳开采井压力表、和/或二氧化碳开采井温度表、和/或二氧化碳开采井止回阀、和/或二氧化碳开采井过滤器；二氧化碳主供电膨胀机的入口端和出口端均设置有阀门。

5.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述紧急供电管路的入口端设置有二氧化碳紧急供电入口阀门，出口端设置有工质回收阀；二氧化碳紧急供电膨胀机出口端设置有出口阀门。

6.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述辅助供电管路出口端设置有工质回收阀；第一、二级辅助供电管路上均设置有入口阀门，二氧化碳一、二级辅助供电膨胀机出口端均设置有出口阀门；和/或

所述供冷管路上设置有二氧化碳热利用换热器入口阀门；二氧化碳供冷储罐与二氧化碳供冷膨胀机之间的连通管路上设置有二氧化碳供冷储罐出口阀、和/或二氧化碳供冷管路温度控制器；二氧化碳供冷换热器的冷侧出口端设置有出口阀门。

7.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述盐水再注入井与盐水再注入升压泵之间的管路上设置有盐水再注入井阀门、和/或盐水再注入温度表、和/或盐水再注入压力表。

8.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述盐水开采井与盐水开采井压力调节器的连通管路上设置有盐水开采井阀门、和/或盐水开采井压力表、和/或盐水开采井温度表、和/或盐水开采井止回阀、和/或盐水开采井过滤器。

9.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述热利用管路上设置有盐水热利用供应阀、盐水热利用管路压力表、盐水热利用管路温度表；盐水热利用一级换热器热侧出口管路上设置有盐水热利用级间温度控制器，盐水热利用二级换热器热侧出口管路上设置有盐水热利用回收阀；盐水水箱入口端管路设置有盐水水箱回收阀、和/或盐水回收温度调节器、和/或盐水回收管路温度表、和/或盐水回收管路压力表、和/或盐水回收过滤器。

10.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述盐水水箱与盐水再注入升压泵之间的连接管路上设置有盐水水箱供应阀、和/或盐水再注入过滤器、和/或盐水再注入止回阀。

11.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述盐水热利用一级储热器、盐水热利用二级储热器、二氧化碳热利用储热器的用热侧还通过管路与用户端连通；所述储热器的用热侧与用户端的连通管路上均设置有阀门；所述二氧化碳供冷储冷器的用冷侧与用户端的连通管路上均设置有阀门，二氧化碳供冷储冷器通过管路与用户端连通。

12.根据权利要求1所述的多功能储能系统，其特征在于，所述二氧化碳热利用储热器的用热侧与二氧化碳紧急供电换热器的热侧的连通管路上均设置有阀门；所述盐水热利用一级储热器的用热侧与二氧化碳一级辅助供电换热器的热侧的连通管路上均设置有阀门；所述盐水热利用二级储热器的用热侧与二氧化碳二级辅助供电换热器的热侧的连通管路上均设置有阀门。